ich hätte ne Frage zum Thema Lichtmaschinen und Generatoren - ich würde mich über Input freuen.
Ziel: Ich brauche für ein Hochschul-Projekt einen möglichst LEICHTEN Generator, der mir etwa. 5kW liefern kann - ideal wären 50V DC bei 100A. Der Drehzahlbereich ist relativ konstant und könnte per Riemen leicht angepasst werden an die Bedürfnisse des Generators. Die verfügbaren Lichtmaschinen sind leider alle relativ schwer ...
z.B. Mahle Lichtmaschine, 48 Volt MG1, 48V/100A, 11,5kg
Da mein Wissen über elektrische Maschinen aktuell nicht mehr auf dem besten Stand ist, hätte ich da mal ein paar Fragen:
Glaubt ihr, dass man prinzipiell eine Lima, die 5kW liefern kann, deutlich leichter bauen kann?
Wäre es eventuell möglich oder sinnvoll, eine 14V-LiMa(100A), die z.B. nur 6kg wiegt, durch Erhöhung des Erregerstroms im Rotor so zu tunen, dass sie etwa 50V bei gleichem Strom liefert?
Ein ähnliches Projekt wurde in diesem Beitrag beschrieben - leider gibt es keine Info zum Ergebnis:
Beitrag "Lichtmaschine auf 48V umbauen"
Dass der Umbau bzw. Eigenbau eines Reglers relativ aufwändig ist, ist mir klar.
Gibt es andere Generatortypen als die Standard-Drehstromlichtmaschinen, die ein noch besseres "Leistungsgewicht" haben? Was für eine Art von Generatoren wird eigentlich in den Inverterstromerzeugern eingesetzt?
Glaubt ihr, dass man prinzipiell eine Lima, die 5kW liefern kann,
deutlich leichter bauen kann?
Klar, die Autoindustrie die Millionen Stückzahlen jedes Jahr verbaut macht die nur so schwer, weil Autos üblicherweise zu leicht sind.
Raphael, wenn du deine Lima mit vierfachem Leistungsgewicht gebaut hast, lass sie patentieren. Bosch wird dir dafür mindestens eine 7stellige Summe bieten.
Die Lichtmaschine muss bei Motordrehzahlen von 1000 bis ca. 6000 U/min, also LM Drehzahlen ca. das doppelte überleben.
Was bei der LM nicht wirklich Optimiert wird ist der Wirkumgsgrad.
Das Treibstoffsparen wird weitgehend durch das Lastmanagement, also volle Leistung der LM im Schubbetrieb ereicht.
Autolichtmaschinen müssen in einem weiten Drehzahlbereich funktionieren und am besten schon bei Leerlaufdrehzahl Nennleistung bei konstanter Spannung bringen, bei max. Drehzahl aber trotzdem nicht auseinanderfliegen.
Wenn du die Drehzahl ungefähr festlegen kannst, kannst du dir nen passenden BLDC suchen, der wird dann sicherlich leichter und kleiner.
Bei Hochleistungs-E-maschinen sollten so 5 kW/kg möglich sein.
Alles eine Frage der Drehzahl, des Drehzahlbereichs und der Lebensdauer.
Und bei der KFZ-Lichtmaschine nicht zu vergessen: die Befestigung und die Lagerung für Keilriemenantrieb. Auch die Umgebung ist eher dreckig.
Der hochgezüchtete Generator will erst mal keine seitliche Last an der Welle. Also 2 Lagerböcke, Lager, Welle, Wellenkupplung für den Riemen ...
Und richtig langlebig ist ne Lichtmaschine nicht. 3000 Stunden vielleicht.
Industriemotor mit 5kW wiegt deutlich mehr. Aber hält auch länger.
@rbruns: Merci für die Links! Ja stimmt, die BLDC-"Generatoren" schlagen ja auch mit 12kg zu buche! Kann es sein, dass die so groß ausgeführt sein müssen, weil die mit relativ kleiner Drehzahl laufen in den Inverter-Generatoren?
@urschmitt: Haha, danke für den erheiternden Beitrag. Ja klaro, da hast du natürlich Recht, dass die Autoindustrie prinzipiell alles so leicht wie möglich bauen möchte. Was mich halt irritiert ist folgendes: Es gibt hier z.B. einen Startergenerator von Valeo, der bei 48V, 250A liefert und auch nur 10,1kg wiegt: https://www.autoteiledirekt.de/valeo-19914680.html
Ich folge daraus, dass man eine Lima die bei 48V nur 100A liefert ja eigentlich leichter bauen können müsste.
@stefan_w246: Meinst du DC-Motoren oder BLDC-Motoren? Weist du zufällig in welchem Motorsport so etwas eingesetzt wird? Ich stells mir halt schwer vor auf eine Liestung von 5kW zu kommen.
@hbquax: Danke für die Links zum 5kW-BLDC-Motor. Was meint ihr - wenn ein BLDC-Motor im Motorbetrieb 5kW bei Drehzahl x liefern kann, heisst das ja nicht, dass er im Generatorbetrieb bei Drehzahl x die selbe Leistung elektrisch liefern kann oder?
@stephan_h623: Danke für den Hinweis. Das mit den Lagerblöcken is ne gute Idee um ein Biegemoment an der Welle zu verhindern.
Kann es sein, dass die Leistungsdichte von LiMas/BLDC-Generatoren im Allgemeinen stark mit der Drehzahl abhängt?
Lieg ich richtig mit der Annahme, dass man die beste Leistungsdichte hat, wenn man den Generator "immer" mit einer hohen Drehzahl betreiben kann?
Dein Generator ganz oben ist für nen Trecker. Da ist Gewicht sogar gewünscht. Der von Valeo für ein Hybridauto. Da sind 2kg weniger 0,1% weniger Verbrauch.
Und richtig langlebig ist ne Lichtmaschine nicht. 3000 Stunden
vielleicht.
Als Beispiel nehme ich mal meinen Garagensteher:
Vor Eintritt in den Ruhestand 225000 KM gefahren, davon 100000 von mir. Unterstelle ich mal mit viel Stadverkehr und Staugenudele eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 40 km/h über die Nutzungs-Entfernung, ergobt das bei mir 5625 h Betriebszeit. Niemand weiß, ob vor 125000 eine neue Lima rein kam, eher nicht und bei mir dann auch nie. Motor ist ein 72PS 8-Ventiler, also aus heutiger Sicht relativ "hochdehend".
Nur habe ich die Riemenspannung immer minimal gehalten. Und ja, sie war nie defekt.
Außenläufer (Frage: ist das in eurer Anwendung erlaubt?):
www.ebay.de/itm/175686193264 Massse 565g
ein von Dr. Okon handgewickelter Scorpion 5035 EVO 16S MOTOR für 420
Euro
Danke für die Links. Also prinzipiell wäre ein Außenläufer erlaubt. Was mir halt noch nicht ganz klar ist: Liefert ein BLDC-Motor, der 5kW mech. Leistung liefern kann auch 5kW elektrische Leistung, wenn er als Generator verwendet wird? Oder sind hier die Verhältnisse ganz anders?
Liefert ein BLDC-Motor, der 5kW mech.
Leistung liefern kann auch 5kW elektrische Leistung, wenn er als
Generator verwendet wird? Oder sind hier die Verhältnisse ganz anders?
Die Verhältnisse passen schon, du musst halt die für diese Modellbaumotoren üblichen Drehzahlen erreichen.
Und dann das Kleingedruckte nicht übersehen: Alle drei Flüge nachschmieren ;)
Ein üblicher Modellflug bzw. Bootsfahrt dauert max. 15 Minuten, und darauf bezieht sich die "Dauerbelastbarkeit" aller Komponenten. Dazu kommt eine massive Kühlung durch Fahrtwind oder Wasser. Zudem sieht so ein Motor selbst bei Flugprofis vielleicht 3-4 Flüge in der Woche, und das nur im Sommer.
Ergo: Die Dinger sind von der Lebensdauer mit in keinster Weise mit irgend etwas vergleichbar, was auch nur annähernd den Begriff "Lichtmaschine" verdient. Die Physik ist, wie sie ist.
Da du dich aber bisher zum Thema "Lebensdauer" gar nicht ausgelassen hast, sind alle weiteren Diskussionen zum Thema eh müßig.
Also prinzipiell wäre ein Außenläufer erlaubt. Was
mir halt noch nicht ganz klar ist: Liefert ein BLDC-Motor, der 5kW mech.
Leistung liefern kann auch 5kW elektrische Leistung, wenn er als
Generator verwendet wird? Oder sind hier die Verhältnisse ganz anders?
Wenn der 5kW mechanisch als Abgabe (Dauer) schafft und von der Lebensdauer passt. Dann wären ca. 4.5kW elektrisch im Generatorbetrieb zu erwarten. Drehzahl nochmal 10% hoch und du hast die 5kW. Eisenverluste höher, Kupferverluste geringer als im Motorbetrieb.
Allerdings...
Je nach Anbieter im Modellbausegment ist
die Leistungsangabe keine Wellenleistung sondern die elektr. Leistungsaufnahme
das ganze nur bei optimaler Kühlung (Flugmodell, frei angeströmt, 100kmh+ "Windgeschwindigkeit") möglich
beworbene Leistung ist in der Regel max. 20 Sekunden
Dauerleistung bedeutet oft max. 180s
bei 20°C
bei "China-Shops" und alles in der Richtung nochmal 30% abziehen
Landest da halt schnell bei 15-20k rpm. 10% weniger Drehzahl bedeutet 10% weniger Leistung (und Spannung).
Dein Laderegler muss den Strom noch geeignet limitieren, denn sonst überlastest du den Motor.
Für 48V out würde ich da
10-12s BLDC nehmen (so denn 10-12s bei Dreieckschaltung gelten und die Anschlüsse für Umschaltung in Stern vorhanden sind, ansonsten mind. 18s)
Buck-Converter auf 48V mit Eingangsstrombegrenzung
klappt dann bis runter zu 80-85% der Nenndrehzahl (mit reduzierter Leistung)
Da brauchts statt dem 500g-5kW ganz schnell ein 1kg-10kW-Modell, nur wegen der Kühlung, Temperaturbereich und für Dauerbelastung. Für 50%-100% Drehzahlbereich nochmal x2 > 2kg-20kW.
Dann noch einen geeigneten Step-Down dazu: 2-4kg.
Montage, Lagerung für die Übersetzung, ...
Wird sicher nicht kleiner und höchstens wenig leichter als die fertige Lichtmaschine.
Ergo: Die Dinger sind von der Lebensdauer mit in keinster Weise mit
irgend etwas vergleichbar, was auch nur annähernd den Begriff
"Lichtmaschine" verdient. Die Physik ist, wie sie ist.
So wird es wohl sein. In meinem Fall würden die 5kW aber relativ selten abgerufen werden (immer nur so 10min). Der Generator würde aber meistens lastlos mitlaufen - was aber wahrscheinlich auch einen Lagerverschleiss verursacht.
Wenn der 5kW mechanisch als Abgabe (Dauer) schafft und von der
Lebensdauer passt. Dann wären ca. 4.5kW elektrisch im Generatorbetrieb
zu erwarten. Drehzahl nochmal 10% hoch und du hast die 5kW.
Eisenverluste höher, Kupferverluste geringer als im Motorbetrieb.
Danke für die Einschätzung. Das heisst, dass der Wirkungsgrad im Generatorbetrieb ähnlich gut sein müsste als im Motorbetrieb.
Buck-Converter auf 48V mit Eingangsstrombegrenzung
klappt dann bis runter zu 80-85% der Nenndrehzahl (mit reduzierter
Leistung)
Das klingt vernünftig. In diese Richtung habe ich auch gedacht. Mein Drehzahlbereich ist relativ klein... 2000 1/min bis 2500 1/min (bzw. das entsprechende Vielfache bei Übersetzung). Auf den BuckConverter kann ich evtl. verzichten, da meine Last recht simpel ist.
Raphael, wenn du deine Lima mit vierfachem Leistungsgewicht gebaut hast,
lass sie patentieren. Bosch wird dir dafür mindestens eine 7stellige
Summe bieten.
Warum sollte jemand für eine derartige Verschlechterung auch noch Geld ausgeben wollen?
